Цитоплазма: синтетический аппарат и аппарат внутриклеточного переваривания

Важнейший компонент клетки – цитоплазма. Она отделена от внешней среды цитоплазматической мембраной и представлена клеточным матриксом и погруженными в него органоидами и включениями.

Клеточный матрикс представляет собой внутреннюю среду клетки и занимает до 55% от ее объема. Клеточный матрикс – полупрозрачная полувязкая жидкость, содержащая различные белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, а также различные ионы.

Органоиды – это постоянно присутствующие в клетке структуры, специализированные на выполнении определенных функций. К классификации органоидов в науке применяют разные критерии. Традиционно органоиды клетки рассматривались и классифицировались по признаку их строения, в соответствии с чем подразделялись на мембранные и немембранные.

В современной цитологической литературе принята классификация органоидов по их участию в процессах жизнедеятельности клетки. В связи с этим различают синтетический и энергетический аппараты, аппарат внутриклеточного переваривания и опорно-сократительный аппарат клетки. Каждый функциональный аппарат представлен взаимосвязанными органоидами, обеспечивающими под контролем ядра важнейшие функции клетки.

Синтетический аппарат клетки включает органоиды, участвующие в синтезе различных веществ, которые в дальнейшем используются самой клеткой или выделяются ею во внеклеточное пространство. К синтетическому аппарату клетки относят рибосомы, эндоплазматическую сеть (ЭПС) и комплекс Гольджи (рис. 9). В растительных клетках в эту группу органоидов попадают зеленые пластиды – хлоропласты, поскольку в них осуществляются процессы фотосинтеза. Синтетический аппарат клетки структурно и функционально связан с поверхностным аппаратом клетки посредством процессов пиноцитоза и фагоцитоза.

Синтетический аппарат клетки и лизосома
Рис. 9. Синтетический аппарат клетки и лизосома
Рибосомы – мелкие плотные немембранные органоиды, обеспечивающие синтез белка. Синтетически активная клетка содержит несколько миллионов рибосом. Каждая рибосома состоит из двух асимметричных субъединиц – малой и большой. По форме малая субъединица напоминает телефонную трубку, большая – ковш (см. рис. 9).

Субъединицы образованы рибосомальными РНК (р-РНК) и особыми белками. Рибосомы могут встречаться в цитоплазме поодиночке или группами, в виде полирибосом (или полисом).

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – органоид, обеспечивающий синтез углеводов, липидов, белков и их перемещение внутри клетки. ЭПС имеет мембранное строение и состоит из системы уплощенных, удлиненных, трубчатых и пузыреобразных элементов (см. рис. 9). Название ЭПС обусловлено связью всех этих элементов друг с другом, образующих в цитоплазме непрерывную сеть. Различают две разновидности ЭПС: гладкую и шероховатую (гранулярную).

На поверхностях гранулярной ЭПС располагаются рибосомы и полирибосомы, что придает им шероховатый вид. На рибосомах ЭПС осуществляется синтез белка. Обширные зоны гранулярная эндоплазматическая сеть занимает в клетках печени, поджелудочной железы, в которых интенсивно идет синтез белка.

На поверхности трубочек, канальцев, цистерн и пузырьков гладкой ЭПС рибосомы отсутствуют. Функции гладкой ЭПС заключаются в синтезе и перемещении липидов, гликогена, холестерина, в накоплении ионов Ca+. Большинство веществ, которые синтезируются и накапливаются в полостях ЭПС, транспортируются в структуры комплекса Гольджи или другие участки клетки, а затем могут выводиться из нее.

Комплекс Гольджи – другой органоид синтетического аппарата клетки. (Назван по имени итальянского ученого Камилла Гольджи, открывшего в 1898 г. данный органоид.) Это сложно организованный мембранный аппарат, образованный тремя основными элементами: стопкой уплощенных мешочков (цистерн), пузырьками и вакуолями (см. рис. 9). Новые цистерны постоянно синтезируются, отпочковываясь от ЭПС, и перемещаются к структурам комплекса Гояьджи.

Основные функции комплекса Гольджи – модификация, накопление, сортировка продуктов синтеза и распада веществ. Упакованные в мембранные пузырьки, эти вещества поступают из комплекса Гольджи в цитоплазму – одни выводятся из клетки, другие используются самой клеткой.

Аппарат внутриклеточного переваривания. Аппарат внутриклеточного переваривания представляет собой систему мембранных пузырьков – лизосом и пищеварительных вакуолей. Их содержимое обеспечивает расщепление сложных органических соединений из более простые вещества.

Лизосомы образуются вследствие отрыва пузырьков от структур комплекса Гольджи. Их структура и форма могут существенно изменяться в зависимости от характера перевариваемого материала. В лизосомах находятся ферменты, расщепляющие органические вещества. Число лизосом зависит от интенсивности процессов жизнедеятельности клетки и ее физиологического состояния. В лизосомах животных клеток расщепляются частицы, попавшие туда путем фагоцитоза или пиноцитоза. В клетках всех организмов, особенно в условиях голодания, с помощью лизосом осуществляется самопереваривание собственных компонентов клетки.

В растительных клетках лизосомы играют важную роль в переваривании других органоидов при образовании пробковой ткани и древесины. У животных лизосомы участвуют в процессе индивидуального развития организмов, разрушая временные органы эмбрионов и личинок.

Пищеварительные вакуоли играют особо важную роль в жизни одноклеточных животных.

Кроме постоянных клеточных структур, с которыми вы только что познакомились, в цитоплазме есть и временные компоненты – включения, образованные в результате накопления клеткой продуктов обмена веществ. К ним относятся: капли жира, гранулы гликогена, зерна крахмала, кристаллы неорганических или органических солей. Включения могут быть представлены ферментами или гормонами (в клетках железистых тканей), а могут быть и вредными продуктами обмена веществ, подлежащими удалению из клетки.

Вопросы и задания

  1. Какие структуры образуют цитоплазму клетки?
  2. Какие органоиды входят в состав синтетического аппарата клетки?
  3. В ходе индивидуального развития у головастиков лягушки разрушаются такие временные органы, как жабры и хвост. Какие органоиды клетки участвуют в этом процессе?